Gần 60 năm trước, series Star Trek gốc đã thắp lên một giấc mơ trong trí tưởng tượng của công chúng: rằng một ngày nào đó, con người sẽ du hành khắp thiên hà trên những con tàu được đẩy bởi "warp drive" nhanh hơn ánh sáng.

Ý tưởng rằng con người tương lai có thể nhảy lên một chiếc tàu và đến một hệ sao xa xôi vào buổi chiều hôm đó nhanh chóng trở thành một yếu tố chính của khoa học viễn tưởng, không chỉ trong Star Trek mà còn trong hàng chục bộ phim, chương trình truyền hình và sách khác được yêu thích bởi nhiều thế hệ người hâm mộ.

Nhiều người hâm mộ đó là trẻ em sau này lớn lên trở thành các nhà khoa học. Và ngày nay, một số nhà khoa học đó đang uốn cong chính không-thời gian để đưa warp drive gần hơn với thực tế.

Trong nhiều thập kỷ, hầu hết các nhà vật lý đều coi warp drive là không thể. Nhưng trong vài năm qua, nghiên cứu lý thuyết đã gợi ý rằng công nghệ hư cấu này không nhất thiết vi phạm bất kỳ định luật vật lý nào—một khám phá đã châm ngòi cho làn sóng quan tâm đến việc tạo ra công nghệ warp drive thực sự.

Và mặc dù vẫn còn nhiều thách thức thực tế cần giải quyết—đặc biệt là cách tạo ra và khai thác năng lượng khổng lồ cần thiết—một số nhà vật lý nói rằng điều này không nằm ngoài khả năng có thể.

"Thật tuyệt vời khi các nhà văn khoa học viễn tưởng tưởng tượng ra những thứ, và sau đó chúng ta phát hiện ra chúng có thể hoạt động," Alexey Bobrick, một nhà vật lý thiên văn và nhà nghiên cứu warp drive tiên phong tại Applied Physics, một công ty lợi ích công cộng làm việc với chính phủ và khu vực tư nhân, nói. "Điều đó thực sự khá đẹp."

Từ Khoa Học Viễn Tưởng Đến Vật Lý Lý Thuyết

Có lý do tại sao các nhà vật lý như Bobrick lại nghiêm túc với warp drive: Khái niệm này thực ra không quá xa vời. So với các ý tưởng khoa học viễn tưởng khác để di chuyển nhanh hơn ánh sáng, như lỗ sâu và siêu động cơ ngoài chiều không gian, warp drive là "dễ nhất để tương thích với vật lý đã biết," nhà vật lý và người truyền thông khoa học Sabine Hossenfelder, người thường xuyên chia sẻ nghiên cứu warp drive mới trên kênh YouTube phổ biến của mình, nói.

Trong khoa học viễn tưởng, warp drive là một hệ thống đẩy tạo ra một bong bóng không-thời gian xung quanh tàu vũ trụ. Bong bóng đó sau đó được tăng tốc để di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Hiểu theo nghĩa đen, điều này có thể nghe không thể: Rốt cuộc, theo thuyết tương đối của Einstein, các vật thể trong vũ trụ của chúng ta không thể được tăng tốc vượt qua rào cản tốc độ ánh sáng.

Nhưng chính không-thời gian có thể uốn cong hoặc biến dạng ở bất kỳ tốc độ nào.

Cố vấn khoa học Star Trek và nhà vật lý thiên văn Erin MacDonald nói rằng hữu ích khi nghĩ về không-thời gian như một tấm vải trong đó các vật thể—từ sao đến tàu vũ trụ—được nhúng vào. "Nếu bạn bọc tàu của mình trong tấm vải không-thời gian và sau đó tấm vải đó đi nhanh hơn ánh sáng, mang theo bạn, điều đó thực sự không vi phạm bất kỳ định luật vật lý nào," MacDonald nói.

Khái niệm này đã tồn tại trong văn học khoa học viễn tưởng trước khi Star Trek ra mắt. Không có gì ngạc nhiên khi người sáng tạo Star Trek Gene Roddenberry chọn áp dụng warp drive thay vì một hương vị du hành nhanh hơn ánh sáng kỳ ảo hơn, theo tác giả và sử gia Star Trek Ryan Britt. Roddenberry "bị ám ảnh bởi việc kiểm tra sự thật nhiều nhất có thể," Britt nói. "Đó không phải là thứ từng tồn tại trong truyền hình khoa học viễn tưởng trước đây."

Nhưng dù khái niệm tổng quát có thể hợp lý đến đâu, warp drive vẫn được xem là thuần túy hư cấu. Vấn đề, MacDonald giải thích, là việc biến dạng không-thời gian theo cách này sẽ cần một lượng năng lượng khó tưởng tượng.

Trong một bài báo quan trọng năm 1994 về warp drive—được coi là cái nhìn khoa học nghiêm túc đầu tiên về cách nó có thể hoạt động—nhà vật lý Miguel Alcubierre đã thiết kế một mô hình toán học sẽ co lại không-thời gian phía trước tàu và mở rộng nó phía sau tàu. Mặc dù cái gọi là Alcubierre drive có thể di chuyển một bong bóng không-thời gian ở bất kỳ tốc độ nào, ông phát hiện rằng việc tạo ra một bong bóng thậm chí nhỏ chỉ vài mét đường kính sẽ cần một lượng năng lượng tương đương với khối lượng mặt trời. Hơn nữa, các tính toán của Alcubierre yêu cầu sự tồn tại của một dạng "năng lượng âm" kỳ lạ để làm cho động cơ tương thích với thuyết tương đối của Einstein. Thật không may, năng lượng âm dường như là một khái niệm toán học thuần túy và "không phải thứ dường như tồn tại" trong vũ trụ của chúng ta, Hossenfelder nói.

Từ Warp Drive Lý Thuyết Đến Vật Lý

Trong những năm sau bài báo của Alcubierre, các nhà nghiên cứu khác, bao gồm những người tại NASA, đã mày mò với mô hình của ông. Nhiều bài báo tiếp theo đã cố gắng giảm yêu cầu năng lượng âm.

Bobrick lần đầu biết về warp drive khi học thuyết tương đối rộng ở đại học. Ông thấy nó hấp dẫn. "Nó nằm trong tâm trí tôi rất, rất lâu," ông nói.

Khi Bobrick gặp đồng sáng lập Applied Physics Gianni Martire và biết về sự quan tâm của ông về chủ đề này, cả hai quyết định điều tra warp drive kỹ hơn.

Thay vì mày mò với Alcubierre drive, cặp đôi quyết định bắt đầu từ đầu và xem liệu họ có thể xây dựng một mô hình mới, vật lý hơn. Họ bắt đầu đơn giản, hạn chế phân tích của họ với warp drive di chuyển ở tốc độ không đổi. (Alcubierre drive có thể tăng tốc hoặc giảm tốc, điều này phức tạp hơn về mặt toán học để mô tả.)

Năm 2021, Bobrick và Martire xuất bản một bài báo trên tạp chí Classical and Quantum Gravity có tiêu đề "Giới Thiệu Warp Drive Vật Lý." Trong đó, họ mô tả hình học tổng quát của một bong bóng warp với khu vực hành khách bên trong nơi không-thời gian phẳng, được bao quanh bởi một bức tường cong bên ngoài tạo ra trường hấp dẫn. Điều này trái ngược với bong bóng warp của Alcubierre, không hấp dẫn các vật thể bên ngoài nó—một phần của những gì Bobrick nói làm cho nó không vật lý.

Mô hình của họ không yêu cầu năng lượng âm—tuy nhiên nó vẫn sẽ cần năng lượng tương đương vài vật thể cỡ Sao Mộc để di chuyển một bong bóng vài mét ngang, Bobrick nói, "điều này quá nhiều một cách cấm đoán."

Tuy nhiên, điều kiện lớn hơn của bong bóng warp của Bobrick và Martire là nó chỉ có thể di chuyển chậm hơn tốc độ ánh sáng. Điều này có thể làm thất vọng người hâm mộ Star Trek, nhưng các nhà vật lý nói rằng đó vẫn là một bước quan trọng hướng tới việc đưa công nghệ warp ra khỏi lĩnh vực khoa học viễn tưởng.

"Bây giờ chúng ta có cơ sở toán học tốt hơn nhiều để nghiên cứu warp drive," Hossenfelder nói trong một video được xuất bản khi bài báo lần đầu ra mắt. "Chúng ta biết không-thời gian bị biến dạng trông như thế nào."

Biến Warp Drive Thành Hiện Thực

Bây giờ khi các nhà khoa học có mô hình thực tế hơn về bong bóng warp, câu hỏi chính trở thành tìm cách thay đổi tốc độ của nó. Rốt cuộc, trong một tương lai giả định nơi warp drive được sử dụng cho du hành vũ trụ, các bong bóng sẽ cần tăng tốc, giảm tốc và dừng lại để cho hành khách lên xuống tàu. "Mô tả toàn bộ quá trình đó khá quan trọng," Bobrick nói.

Cần thêm công việc lý thuyết để giảm nhu cầu năng lượng của warp drive. Ngay cả với một nguồn năng lượng giả định, tương lai như nhiệt hạch lạnh trong tay, việc sản xuất năng lượng tương đương vài hành tinh có thể không khả thi.

Mặc dù còn rất nhiều việc phải làm để chứng minh warp drive thậm chí có thể đạt được về mặt lý thuyết, Bobrick nói rằng lĩnh vực warp drive đã chứng kiến "khá nhiều tư duy mới mẻ" trong vài năm qua. Thật vậy, bài báo năm 2021 của ông đã được trích dẫn hơn 60 lần, bao gồm bởi các nhà nghiên cứu warp drive ở Canada, Argentina, châu Âu và New Zealand. (Nó thậm chí đã thu hút một số nhà phê bình—một dấu hiệu ít nhất là ông không đơn độc trong việc nghiêm túc với chủ đề này.)

Và mặc dù có thể phải mất vài đời người trước khi con người du hành các vì sao bằng warp drive, có thể chúng ta có thể có cái nhìn đầu tiên về một tàu sao có khả năng warp sớm hơn nhiều. Năm 2024, một nhóm nhà vật lý đã xuất bản một bài báo mô tả cách sự sụp đổ của một bong bóng warp—một vụ nổ lõi warp đối với người hâm mộ Star Trek—sẽ gửi gợn sóng, hoặc sóng hấp dẫn, qua tấm vải không-thời gian. Những gợn sóng này có thể được thu nhận trên Trái Đất bằng một máy dò được điều chỉnh đúng tần số. Khái niệm rằng chúng ta có thể có một cái nhìn về các loài có khả năng warp khác do kết quả của những thảm họa liên sao như vậy là "tuyệt vời một cách khách quan," MacDonald nói.

Nghiên cứu, MacDonald thêm, nhấn mạnh thực tế rằng chúng ta vẫn đang học những điều cơ bản về vũ trụ của mình. Chỉ một thập kỷ trước, các nhà khoa học đã xác nhận sự tồn tại của sóng hấp dẫn, do các lỗ đen va chạm và các sự kiện cực kỳ năng lượng khác gây ra, một khám phá đã chứng minh không còn nghi ngờ gì rằng không-thời gian đang bị biến dạng liên tục.

"Và vì vậy, bước tiếp theo hợp lý trong khoa học là bây giờ học cách chơi với nó," MacDonald nói.